陆 鹏,纪仁芹

(1.中交第二公路勘察设计研究院有限公司,湖北 武汉 430000;2.武汉华夏理工学院，湖北 武汉 430000)

0 前 言

随着我国经济的跨越式发展，各地交通网络体系更加完善，交通服务水平显著提升，交通区位优势日益凸显。天水市交通枢纽区位优势比较明显，并且旅游资源丰富，促使其高等级公路飞跃式发展。天水地区黄土分布广泛，而新黄土的特殊性质容易引起公路的路基路面病害，严重制约着当地公路建设的质量和发展,由黄土湿陷引起的公路沉陷、构造物破坏及路面开裂等现象在天水市比较常见。因而，在天水地区公路建设中,黄土路基病害的防治显得尤为重要。因黄土属于特殊土，而且分布广泛，亟需比较经济合理的处治方案。

1 地形、地貌特征

位于甘肃东南部的天水市地势西北高东南低，呈菱形展布的天水盆地内，主要充填物为第三纪红层与第四纪黄土。黄土的矿物成分按含量的多少主要有石英(含量常超过50%)，长石(含量常达25%以上)、碳酸盐(含量常为10%～15%，主要是碳酸钙)、粘土矿物(含量一般10%～20%之间)，此外还有少量的(百分之几)云母和重矿物，易溶盐、中溶盐和有机物的含量都不超过2%。

从黄土的成分和结构上的基本特点可以得出，黄土在干燥时具有较高的强度，而在遇水时表现出湿陷性，承载能力显著下降，体积收缩。

2 湿陷性黄土危害

湿陷性黄土在路基中主要表现为路基沉陷、边坡变形与失稳等病害[1]。

黄土路基湿陷主要受黄土物质成分、微分子结构和周边环境共同作用的影响，他们相辅相成，统一于一体。内因主要是由于土本身的物质成分(颗粒组成、矿物成分和化学成分)；外因主要是水和压力的作用(水池漏水、地面积水、生产及生活用水等下渗地下或降水量较大或水库的渗漏)。

黄土湿陷多发生在高路堤路基地段和排水不畅路段，对道路运输的安全造成隐患，如黄土陷穴、黄土桥、路基沉陷等。在动荷载作用下路基沉陷，导致路面塌陷、裂缝、开裂、桥头跳车等，严重者会导致路基大面积滑塌，造成严重损失。

结合平天高速PT15标天水北互通收费站场坪左侧滑坡设计案例，边坡变形与失稳主要有两方面的原因。地下水较发育：上部为黄土层，下伏基岩为半成岩状泥岩，黄土具有垂直节理发育、大孔隙比、高渗透性等特点，泥岩具有低渗透性特点，原地下水排泄通道泉眼被堵塞后，加之拌合站、钢筋厂及生活区等污水因未采取集中处理，随意排放在边坡上方，在地下水的长期浸润下，沿着黄土层及黄土与泥岩交界面形成一层饱水的软弱夹层，黄土层产生湿陷，承载力降低；前缘边坡挖坡脚：边坡开挖后形成临空面，边坡沿着黄土与泥岩交界面形成整体滑塌，使得路基滑塌灾害在施工过程中经常发生。

3 黄土路基病害工程处治方法

3.1 湿陷性黄土的工程处治

处理湿陷性黄土地基的主要目的包括消除其全部湿陷量和消除地基的部分湿陷量。

根据平天高速PT15标的相关实践经验，湿陷性黄土的工程处置主要从以下方面着手：(1)做好地表排水设计，防止各种地表水在路基两侧聚集；(2)对路基影响范围的黄土陷穴、落水洞进行开挖回填夯实；(3)根据场地湿陷类型和地基湿陷等级，按照《路基设计规范》(JTG D30-2004)有关要求进行处治，设计中应当考虑对路基基底进行处理，消除湿陷，建议采用灰土挤密桩及强夯、冲击碾压等方法。桥梁桩基应当考虑桩周的负摩阻力。

考虑天水地区降水情况、黄土分布厚度及路基填挖情况，具体措施如下：

湿陷性黄土地基进行处理时，一般取路堤两侧坡脚2～5 m范围内，处理过程中，可以参考当地类似工程施工经验。一般情况下，I、II级非自重湿陷性、I级自重湿陷性黄土路段，地基采用冲击碾压(处理长度大于100 m)处理；Ⅱ级及Ⅱ级以上自重湿陷性黄土，若无线外构造物及村庄居民影响，地基采用强夯处理。

根据规范要求，建筑物、构筑物附近不得采用强夯处理地基，则Ⅱ级以上自重湿陷性黄土桥头路基以及Ⅳ级自重湿陷性黄土填土高度大于4 m的高路堤，在此种情况下宜采用灰土挤密桩处理。当地基土的含水率大于23%、饱和度大于65%时，要进行排水晾干或采用其它措施处理。

当湿陷性黄土路段不受水位影响时，Ⅰ级及Ⅱ级非自重湿陷性黄土挖方采用80 cm 5%灰土垫层，填方采用边部7 m宽5%灰土垫层、中部素土垫层；对Ⅱ级自重湿陷性以上黄土路段，挖方设置总厚度100～300 cm 5%灰土和素土垫层，其中挖方段5%灰土层厚0.8 m，填方段边部7 m宽为5%灰土垫层、中部为素土垫层。

桥头及涵洞通道路段宜采用灰土挤密桩处理，消除全部湿陷性有利于行车安全性和舒适性。

3.2 黄土崩塌的工程处治

黄土陡坎较多，在坡脚受冲蚀或浸泡软化时，产生黄土崩塌。现状条件下沿线黄土中所发生的崩塌一般规模较小，对公路建设的危险性小；主要发生在黄土墚峁、黄土中山等地形起伏大、冲沟发育及基岩上覆第四系黄土边坡较陡的地段，这些地段在今后高速公路的施工过程中，由于大量的挖方对黄土边坡的稳定性产生较大的影响，可能会引发崩塌的发生。

设计时，可采用抗滑桩，并对抗滑桩各工况下桩顶滑出的稳定系数等进行验算，得到抗滑桩的长度、锚固段长度和排数，并得出桩截面最大配筋量，保证桩顶位移均小于悬臂端的1/100，以满足规范要求。若不满足稳定性要求，建议采取框架锚杆等必要的工程措施以保证桩顶上方坡体不会发生滑动。

在坡体后方设置排水盲沟，截断地下水向边坡渗流的径流途径，同时采用集水井、深部排水孔等手段加强坡体地下水的泄排，完善排水系统。

亦可采用矮墙、拱型骨架护面、内护墙、路堑挡土墙[5]、锚杆框格梁植生袋等多种措施综合处治，局部少量采用实体护面墙封面，同时加强排水。

3.3 黄土路基边坡水毁、桥台锥坡滑塌及涵洞沉降工程处治

黄土路基施工过程中，由于填方路基边部未压实，再加之受天水地区降雨的影响，经常出现水毁现象[2]，为了不影响施工的进度和质量，在黄土填筑过程中，应加强对填方路基边部压实处理，在雨季到来之时，注意边部用薄膜覆盖。对于边坡水毁的路段，经实际工程使用并检验，可以采用5%石灰土回填处理或底部采用黄土回填顶部采用5%石灰土封水处理。

另外，黄土路基与桥梁相接处，经常因为排水不畅，造成桥梁锥坡冲刷严重，最终造成锥坡滑塌、冲垮。因此，在设计阶段，应加强对黄土路基锥坡处排水处理，主要通过增加急流槽、沉淀池、集水井等处理，将路面雨水远接远送。其次，需加强桥梁锥坡的防护措施，在桥梁锥坡位置做封水处理，可以采用C20混凝土或实心六棱块封面。

另外，在黄土路基施工过程中遇到比较多的是涵洞沉降问题。主要原因是水的作用[3]，表现在涵洞基底未做好封水处理，边坡雨水及周边水渠水下渗至涵洞基底，由于黄土湿陷性影响，涵洞基底沉降，涵洞开裂。例如甘肃平天高速天水北连接线LK2+098处涵洞，在施工过程中，测得涵洞基底黄土含水率达到27%左右，采用了基底换填石渣处理，但由于该涵洞上游有一处弃土场及新修建的水渠，该水渠正对LK2+098处涵洞，涵洞与水渠相接处未采用C20混凝土硬化处理，导致沟渠水下渗至涵洞基底，引起涵洞基底黄土湿陷，最终涵洞下沉。

3.4 黄土路基冻胀工程处治

针对最近几年甘肃地区高速公路，黄土路基中央分隔带均采用5%石灰土+8 cm现浇C20混凝土铺面。然而，经过春天的冻融[6]作用，一些高速的中央分隔带处混凝土出现了翘起开裂现象。主要原因分析：雨水在进入到中央分隔带表层的石灰土后，未来得及排出，在冬天冻胀的作用下，表层的8 cm现浇C20混凝土层被挤裂。可以对中央分隔带水泥混凝土面板开裂鼓起情况严重路段，在高温无雨季节采取人工凿除凿除混凝土顶板，为保证中央分隔带回填物压实质量，采用发泡粉煤灰轻质土新型材料进行回填至下面层顶面，采用预制块进行铺砌。另外，对全线中央分隔带水泥混凝土面板与沥青混凝土路面交接处采取单组份聚氨脂道路灌缝胶封缝处理，以确保交接处密实，避免出现路面水渗入。

4 黄土路段病害防治措施

4.1 黄土路床处理

当黄土填料CBR值、回弹模量不满足路床要求，满足路堤要求，在不利含水量及汽车循环动荷载作用下，黄土填料的长期动强度不满足路床要求，或临河路基段抗洪水冲刷性能差，或湿陷性较大。根据实践经验，采用5%的石灰土填筑填方路段路床，填料范围为80 cm，可保证路床的稳定性和路面的安全使用。

填方路段：经基底处理(过湿土基底换填、湿陷性黄土处理、填前压实等)后，采用石渣分层填筑至路床底部，采用石渣分层填筑至路床顶面，经实际公路工程项目试验段验证可行。

土质挖方路段：开挖至路床顶面以上10 cm，进行湿陷性处理后，并按原地面的压实要求进行碾压(平均沉落高度按10 cm计)，然后采用石渣或5%石灰土分层回填至路床顶面，经实际公路工程项目试验段验证可行。

4.2 关键部位处理-加强基地处理

(1)桥涵台背基底

桥涵台背宜采用改良细粒土或砂砾等粗粒料填筑，每1.2 m用液压夯补强一次。在黄土湿陷性较严重路段及含水率较大的地方的台背可考虑设置灰土挤密桩[7]或CFG桩等措施加强基底处理。

(2)涵洞基底

当地基承载力大于180 kPa时，基底可采取换填垫层法[8]处理，垫层宜采用5%～6%水泥稳定砂砾或10%灰土，垫层厚度应根据涵洞跨径、涵顶填土高度、地基承载力等因素计算确定，垫层厚度不应小于100 cm；当地基承载力小于180 kPa时，可采用强夯、灰土挤密桩、CFG桩等复合地基进行处理，处理深度、桩径应通过计算确定。

(3)挡墙墙背基底

挡土墙基底可采取换填垫层法处理，垫层宜采用5%～6%水泥稳定砂砾或10%灰土，垫层厚度应根据墙高、填土高度及地基承载力要求计算确定，垫层厚度不应小于50 cm。当换填垫层厚度不能满足地基承载力要求时，应根据地形条件、施工难易程度，可采用强夯、灰土挤密桩、CFG桩等复合地基进行处理。

5 黄土路段施工前准备

(1)核查湿陷性黄土路段湿陷性等级、厚度、分布范围，基底黄土层的土层性质、含水量，地下水深度等资料。

(2)施工前应做好临时排水措施，对含水量较大路段，应进行晾晒，对地下水位较高路段必要时采取降低水位的措施。

(3)调查地下有无管线，查明其平面位置和埋深；调查占地界外的建筑物结构类型，完好程度、距处理边界的距离；评估地基处理措施(重锤夯实、冲击碾压、强夯等)对建筑物的影响。

(4)湿陷性黄土地基在处理前，先在实验路段进行处理实验，并按照要求编施工组织设计，进行全面的管理。

(5)地基处理措施的机具配备、施工工艺及检测必须符合设计要求。

6 总 结

天水地区特殊土类型主要是黄土，从黄土的特征分析入手，论述了黄土湿陷性对路基的主要危害，以及实用的处理措施，简单的分析了黄土路基病害工程处治方法、黄土路段病害防治措施和黄土路基施工前的准备。

对湿陷性黄土采用换填、冲击碾压、挤密桩、强夯等方案处治，应结合湿陷性等级和施工环境条件，进一步细化处治段落，优化处治方案，做好隔水防护，保证路基稳定。

对崩塌采用清除、设置柔性防护网的方案处治，对于可能形成新的崩塌的陡坡、高陡坡路段，进行清除后，再设置锚杆框格梁或垫墩系统锚杆支挡。

对于黄土路基边坡水毁、桥台锥坡滑塌及涵洞沉降部位在设计阶段，应加强对黄土路基边部封水处理可以采用5%石灰土回填处理或底部采用黄土回填顶部采用5%石灰土封水处理。对于黄土路基锥坡处排水处理，主要通过增加急流槽、沉淀池、集水井等处理，将路面雨水远接远送。其次，需加强桥梁锥坡的防护措施，在桥梁锥坡位置做封水处理，可以采用C20混凝土或实心六棱块封面。

另外，对于黄土路基中央分隔带处混凝土出现了翘起开裂病害，在设计阶段中央分隔带处应采用发泡粉煤灰轻质土新型材料进行回填至下面层顶面，表面采用预制块进行铺砌。